轻松玩转NE555的PWM模式

ST出品,大名鼎鼎的NE555。年前正好有个小项目用到了它的PWM模式,年后了也都冷静了。趁着不忙,整理下思路写个随笔。和大家分享下。

先说说这个PWM,全名"脉冲宽度调制”,是一种改变方波单一周期内高电平和低电平所占比例的调制方式。在数字驱动电路中有着极大的用途,往小了说,LED高效调光、马达调速、抑或是D类功更或者是开关变压器放基本上都是用PWM调制。

基本原理就像下图一样:

轻松玩转NE555的PWM模式

图片引用自:xinwen.eastday.com

PWM 的2个重要参数:频率和占空比:

  1. 频率:每秒中的周期性变动重复次数的计量。说到本文,就是指的一秒钟内一个方波周期从起始到结束一共重复多少次,称之频率,单位是Hz。具体到本文,显而易见的是频率越高,输出的纹波就会越细腻,对终端设备的损耗和影响越小。通常驱动感性负载的时候,如果频率正好落在音频范围内,因为感性震荡造成的噪音,是一件很烦人的事情。会让人听起来烦躁、刺耳,这是在平时设计一个电路的时候需要注意的地方。

  2. 占空比:占空比,指的是信号高电平期间在单个波形周期内的比例,计算方式:

    占空比=((信号高电平时间/单个波形周期*100)%,例如一个方波频率是1秒,在这一秒内,高电平占据500ms,低电平占据500ms,那么根据公式 占空比=((0.5s/1s)100=50)%,结果,占空比=50%。这个占空比越大,单个周期高电平时间就越少,对外输出功率就越小,所驱动的终端设备,做功也就越少。明显的表达呢,比如一颗LED用PWM驱动。那就是占空比越小,LED亮度越低。 大概就是这个意思啦。


说完这些到处都能搜到的,具体到年前这个小项目上把,项目要求是得到一款不需要太精密,但是对成本特别敏感的小马达调速电路,只需要手工调速,不需要程序干预,并且不是经常调整。

思来想去,谁最合适啊,ST的NE555哇,质优价廉,声誉好。。。就是下面这货,2种封装,引脚顺序通用:

轻松玩转NE555的PWM模式

DIP双列直插封装

轻松玩转NE555的PWM模式

SOP贴片封装

好了,芯也看到了,黢黑黢黑的,和包黑子一样。上图把,说说怎么用这家伙实现PWM吧,先上图:

轻松玩转NE555的PWM模式

这就是比较典型的555PWM应用了,说说原理吧

假设1:RX1脚接D1,2脚接中点,3脚接D2;

2:上电一瞬间7脚电平为高,3脚为低,电路开始工作。

  1. 此时2、6脚由7脚输出的电流流经R1>D1>RX充电,待达到C2饱和至Vcc以后输出端3脚和7脚状态翻转。

  2. 由于7脚电压状态反转至低电平,造成2、6脚所并联的C2经由RX>D2>7脚放电至低电平以后输出端3脚和7脚再次翻转为步骤1的状态。

    整个电路就是在步骤1和2之间周而复始的循环,每循环一次完成一次电平由低到高的翻转。


这时候如果步骤1和2每秒钟循环100次,那电路的频率,就是100Hz。具体频率的换算方式如下:

频率Hz= 1.44/(R1 * C2)

而图中,占空比的比例就很好理解了:

可变电阻RX1-2决定电容C2的充电时间、RX2-3决定C2的放电时间,也就是由可变电阻RX的旋转角度来决定的,也就 是(RX1-2/(RX1-2+RX2-3))*100=占空比。


原理说过去了。接下来就是关心3脚的输出了。具体到这个小项目来说,要求是需要驱动15V,8A左右的负载。

也就是说3脚那微弱的500ma的电流肯定是不够了,必须放大。

不用多想,75N75就很棒嘛。75V-75A,功率足够,价格便宜。唯一需要注意的就是75N75的G极驱动要求10V以上,驱动电流越大越好。根据datasheet的说法,G极加2个电阻就可以让驱动电流来去更加干脆,波形更趋于方波,以便是MOS工作在开关状态(MOS开关状态损耗最小嘛)。选型R5用5欧姆,R3用1K欧姆足矣啦。


上面原理没大问题了。就要把它变成现实了。

DXP中,转一下原理图到PCB,开始布局,画线:

轻松玩转NE555的PWM模式

看,最终完成后还是满小巧的嘛,一个钢镚大小。这里做布局要注意的是,R1、D1、D2、RX 之间的布线要尽量等长,MOS放置位置应尽量靠近接线端子。同时3脚到R5A再到MOS的G极也应该尽量的短,以免不必要的麻烦。

剩下的,交工厂打样去啦。期间各种杂乱不表,最后收到样板的时候,我的心情真的是无语中的无语,NE555的焊盘做坏了,阻焊没擦去,还得我用小刀子刮,板与板之间的V刻也没做,工厂说让我自己用刀子随便划一下。在心里默默问候了几分钟工厂老板全家几分钟以后我也只能接受这个现实了,开刀,热电烙铁,上架,一把撸以后........

轻松玩转NE555的PWM模式

板子正面

轻松玩转NE555的PWM模式

板子背面

轻松玩转NE555的PWM模式

25W的负载

上视频,自己看效果:

从效果上来看,其实输出加个LC电路,应该LED效果就会好多了。风扇噪音也会好些,我这个调的70KHz,也是比较变态了。实际应用上没必要的。2倍音频的频率人耳就没什么感觉了。。。

就写到这里把。。 各位筒子觉得有用记得点赞关注,感谢大家!!!

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